磁控开关

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本文介绍一种磁控开关。所谓磁控开关实质上是利用磁铁来控制的自锁线路。这种磁控开关可作为电化教具或展览会中自动指示的电气开关之用,也可用它制成磁控玩具。

电路原理

磁控开关的电路图见图①。图中J\(_{1}\)、J2、J\(_{3}\)为舌簧管(又叫干簧管),其中J1为常开舌簧管,J\(_{2}\)与线包L组成舌簧继电器(将J2塞进线包L中即成),J\(_{3}\)为常闭舌簧管。当磁铁靠近J1时,它的常开触点因被磁铁磁化而吸合,电流由电源E流经L→J\(_{1}\)→ZD→J3再回至电源E构成回路,电灯ZD点亮。在此同时由于电流在L中形成一个磁场,使安置在此磁场中的舌簧管J\(_{2}\)也被磁化而吸合,这时即使移去磁铁,J1虽释放,但J\(_{2}\)已吸合,电流由E→L→J2→ZD→J\(_{3}\)→E构成回路,所以电灯ZD仍然亮着,即电路被锁住。

图1
图1 🔍原图 (403×348)

如果将磁铁靠近J\(_{3}\),它的常闭触点被磁化而释放,电路切断,电灯即熄灭。此时,即使移去磁铁,J3的常闭触点虽已恢复原来的闭合状态,但由于L中已无电流,J\(_{2}\)释放,电路仍然断开,电灯不亮。综上所述,用磁铁触发J1一次,电路接通,触发J\(_{3}\)一次,电路切断,从而达到控制开关的目的。

图1中如果在电灯ZD的位置换上直流电动机D,粗看起来好象能用同样的道理使电动机起动或停转,但事实并不如此。当换上电动机时,电路就锁不住了。原因何在呢?这是因为电动机的两个换向片之间有一个小小的间隙,当电刷由一片换向片转到另一换向片的时候,电路一度中断,电刷还可以依靠惯性转过间隙。但在此断路的瞬间,L中因无电流而使J\(_{2}\)释放,所以电路就无法自锁了。为了解决这个问题,可改成图2的接法,此图与图1相比除了把ZD换成电动机D之外,还多加了一只电解电容器C。电动机运转时,电容C上充电,电容器两端的电压Vc≈4.5伏。当电刷转至换向片间隙的瞬间,因为电动机的电路突然断开而使L两端产生一个反电动势E反。按楞次定律,这个反电动势的极性应如图2所示,即在此瞬间E反叠加在电源E上,它们的总电压E+E\(_{反}\)>Uc 所以E+E\(_{反}\)就要向电容器C充电,其充电回路为E\(^{+}\)反→J\(_{2}\)→C→E→E-反→E\(^{+}\)\(_{反}\)。结果在充电电流的作用下维持J2仍旧吸合。当此充电电流还未结束时,电动机的电刷已越过换向片间隙而使电路继续接通。同时电容C上刚才充上的大于4.5伏的电压通过D放电,待电刷第二次转至换向片间隙时,又重复上述过程,使电路保持自锁状态。综上所述,由于电动机是间歇通电的,所以在电动机两端必须接上电容C,依靠电容C的充放电来维持电路的自锁。

图2
图2 🔍原图 (433×445)

有时找不到常闭舌簧管,也可用常开舌簧管代替J\(_{3}\),此时可将线路改成图3所示。当磁铁靠近常开舌簧管J3时,它的常开触点吸合,将线圈L短路,J\(_{2}\)释放,电动机D停转。

图3
图3 🔍原图 (748×521)

元件选择

舌簧管的外壳是玻璃的,因此可看见内部触点接触情况。如果平时两个触点不接触,就是常开舌簧管,如两触点平时接触,就是常闭舌簧管。本文介绍的磁控开关选用JAG—2型舌簧管,在JAG—2型中又可分H型、Z型等几种,其中H型是常开舌簧管,它的外形尺寸见图4,这种舌簧管直径为4毫米,长度为92毫米。电路图中的J\(_{2}\)就选用这种舌簧管,它正好能放入内径为4.2毫米的L线圈骨架内(见图6)。

图4
图4 🔍原图 (483×199)
图5
图5 🔍原图 (410×214)

线圈L的骨架尺寸见图5,骨架的一端有两个小孔,线圈的两头可从两孔中穿出来。线圈L用QZ0.49mm漆包线密绕300匝。

图6
图6 🔍原图 (849×357)

电动机D可用一般玩具马达,其工作电压在3伏~4.5伏之间,工作电流为350~500毫安左右。

图2电路对应的印刷线路板见图7(比例1:1)。把J\(_{2}\)插入线圈L的骨架内就可装在印刷线路板中间虚线所示位置。

图7
图7 🔍原图 (940×558)

磁控开关的用处很多,例如在教师讲课时用的教鞭头上装上一小块磁铁,当教鞭指向要讲解的部位时(内装有磁控开关装置),该部位上象征性的小电珠自动点燃或电动机自动旋转,效果甚好。

图8
图8 🔍原图 (382×217)

利用磁控开关还可制成磁控玩具,如狮子戏球(见题头)。当我们手拿“球”(装有小磁铁)靠近“狮子”头部,玩具狮子就起舞,起舞后即使移去“球”,狮子仍能继续动作;当把“球”靠近“狮子”尾部,玩具狮子就停止活动。(上海第59中学电子工场)